混合水用水相痕量示蹤劑室內評價及應用

袁琴 隋明煒 王藝衡 敖科

摘? ? ? 要： 為考察混合水現場壓裂應用情況，選用5種水相痕量化學示蹤劑進行監測應用。根據室內實驗評價，5種水相痕量示蹤劑與混合水的配伍性好，加入混合水后配置的液體的相關性能未受到明顯影響，包括混合水的黏度、耐溫性能、破膠性能等方面。其中，加入5種水相痕量化學示蹤劑后，質量分數為0.1%的SLW-1基液溶解時間為20 s、液體黏度11 mPa·s、降阻率為79.3%，基本與空白樣一至;在110 ℃條件下，剪切110 min，質量分數為0.25%的SLW-1凍膠黏度可保持在60 mPa·s以上，加入5種水相痕量化學示蹤劑后，耐溫耐剪切性能基本保持不變;當加入0.02%破膠劑后，0.25%質量分數的SLW-1（空白樣）在 110 ℃條件下，剪切 60 min 后黏度降至50 mPa·s 以下，而加入WCT后，0.25%質量分數的SLW-1在相同剪切條件下，黏度降至50 mPa·s以下。鄂爾多斯盆地H1儲層巖心對痕量化學示蹤劑的吸附率均小于0.6%。質量分數為0.25%的SLW-1破膠液對痕量化學示蹤劑的吸附率均小于0.7%。

關? 鍵? 詞：混合水;流變性能;破膠液;增稠劑;示蹤劑

中圖分類號：TE19? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）11-2491-04

Indoor Evaluation and Application of Trace Tracer in Mixed Water

YUAN Qin1，2， SUI Ming-wei1，2， WANG Yi-heng1， AO Ke1

（1. Gepetto Oil Technology Group Co.， Ltd.， Chengdu 610000， China;

2. Sichuan Gaojing Detection Service Co.， Ltd.， Suining 629300， China）

Abstract： In order to investigate the on-site fracturing application of mixed water， trace chemical tracer in water phase was used for monitoring. The laboratory evaluation experiments showed that 5 kinds of water phase tracers had good compatibility with mixed water. It had no effect on the viscosity， rheological behavior and gel breaking performance of the mixed water. The dissolving time of 0.1% SLW-1 base solution was 20 s， the viscosity of the liquid was 11 mPa·s， and the resistance reduction rate was 79.3%， which was basically the same as that of the blank sample. At 110 ℃， the viscosity of SLW-1 gel with 0.25% concentration can be kept above 60 mPa·s after shearing for 110 min. After adding five kinds of trace chemical tracers in water phase， the temperature resistance and shear resistance remained basically unchanged. When adding 0.02% breaker， the viscosity of SLW-1 （blank sample） with 0.25% concentration was reduced to 50 mPa·s after shearing for 60 min at 110 ℃. After adding WCT， the viscosity of 0.25% SLW-1 decreased to below 50 mPa·s under the same shear condition. The adsorption rate of trace chemical tracers on H1 reservoir core from Ordos Basin was less than 0.6%. The adsorption rate of SLW-1 gel breaker with concentration of 0.25% to trace chemical tracers was less than 0.7%.

Key words： Mixed water; Shear rheology; Gel breaking; Thickener; Tracer

近年來混合水壓裂技術得到長足的發展，其針對天然裂縫發育、巖石脆性的致密儲層效果較好，在國內鄂爾多斯盆地進行過多次應用，適應性較強，前景廣闊[1-4]。混合水壓裂技術是通過采用低黏液體與高黏凍膠液體交替注入地層的形式，開啟地層內天然裂縫，以提高裂縫導流能力及擴大泄流體積為目的，從而增加油氣井產量[4-5]。這種方式能夠較好地提高單井產量，短期而言，工程性價比較高。但現場作業時往往存在著液體切換不及時導致的壓力波動，施工壓力過高，前置液量占比升高，增加施工成本，甚至有攜砂量和加砂量不能按照施工設計執行的情況出現。

為降低現場施工難度，提高改造規模，研發出配套的增稠劑體系。該增稠劑是通過混合水增稠劑分子設計機理入手，引入耐鹽分散單體，改善滑溜水體系耐鹽、耐溫、抗剪切以及增稠性能，使得到的增稠劑在用量較低時具有明顯的減阻性能;當該增稠劑的用量較高時，具有一定耐溫及攜砂性能。該增稠劑體系在現場應用時可滿足作業的基本要求，能夠簡化現場配液流程。

為確認合成的混合水現場工程應用與地質模擬條件的結合情況，考察各層段的貢獻率，對比不同完井方式或施工排量等因素對產量的影響;同時驗證該混合水體系能否滿足現場壓裂返排的基本要求，分析返排過程的調控情況對投產初期的影響，需使用示蹤劑進行壓后監測分析。

水相痕量化學示蹤劑能夠合理地對儲層改造后進行返排過程監測。它是通過壓裂液注入地層，在作業完成后，通過返排液攜帶出地層，根據不同層段返出的示蹤劑類型及質量分數情況，判斷出各壓裂段出水情況，判斷各壓裂段是否存在機械或壓力阻塞情況，掌握返排過程中各主力段的貢獻率，隨后結合前期物探、地質數據資料判斷各段產能[6-11]。該類示蹤劑的特點為無放射性、用量少、安全環保、分析精度及靈敏度高、無背景濃度等，應用前景廣闊[11-13]。

本文通過室內實驗，選用5種水相痕量化學示蹤劑與混合水復配使用，并檢測混合水體系與水相痕量化學示蹤劑的配伍性，以滿足室內評價要求，為現場應用提供數據支撐。

1? 實驗藥劑與儀器

1.1? 實驗藥劑

混合水增稠劑（SLW-1，自制），去離子水，痕量示蹤劑（自選）。過硫酸銨、氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣，工業級，天津市福晨化學試劑廠。甲醇、乙醇，分析純。標物采用美國AChemTeck，Inc.公司。致密砂巖巖心，選自鄂爾多斯盆地H1儲層。

水相痕量化學示蹤劑（以下簡稱WCT），共篩選了5種，分別為JPT-JC-01、JPT-JC-02、 JPT-JC-03、 JPT-JC-04 、JPT-JC-05。

1.2? 實驗儀器

ZNN-D6六速旋轉黏度計（青島海通達），黏度計（Grace），氣相色譜質譜聯用儀（安捷倫），恒溫干燥箱（精宏），管路摩阻議（南通儀創），界面張力儀（TX-500C）。

2? 實驗方法

2.1? 低質量分數液體配置

將SLW-1加入去離子水中配置成質量分數為0.1%的溶液，記錄其溶解時間，測試溶液黏度并記錄。

將SLW-1加入含有質量分數為5.0×10-10的WCT（5種）去離子水中，配置成質量分數為0.1%的溶液，記錄其溶解時間，測試溶液黏度并記錄。

2.2? 高質量分數液體配置

將SLW-1加入去離子水中配置成質量分數為0.25%的溶液。

將SLW-1加入含有質量分數5.0×10-10的WCT（5種）去離子水中，配置成質量分數為0.25%的溶液。

2.3? 降阻率測試

將質量分數為0.1%的SLW-1水溶液，通過摩阻儀測試性能并記錄。

降阻率測試基本條件為，管徑10 mm，流速? ?30 L·min-1。

2.4? 耐溫測試

將質量分數為0.25%的SLW-1水溶液，通過Grace黏度計測試其耐溫耐剪切性能并記錄。

將質量分數為0.25%的SLW-1水溶液，加入0.02%過硫酸銨，通過Grace黏度計測試其耐溫耐剪切性能并記錄。

2.5? 破膠液配置

將0.02%的過硫酸銨加入0.25%的SLW-1水溶液中，在60 ℃條件下，放置水浴鍋中靜置2 h，測其相關數據并記錄。

2.6? 吸附性實驗

將致密砂巖儲層巖心研磨成粉狀（60/80目，即0.18～0.25 mm），配置質量分數為5.0×10-10的WCT水溶液。取25 mL水溶液加入6 g巖心研磨物，攪拌混合后放入烘箱靜置，110 ℃恒溫48 h，隨后使用安捷倫氣質聯用儀器進行測試。

2.7? 示蹤劑檢測方法

將待測液體進行離心過濾后測試，得到水相痕量化學示蹤劑質量分數[7]。

3? 結果與分析

3.1? 低質量分數液體性能影響

WCT對質量分數為0.1% SLW-1的低質量分數液體（以下簡稱基液）黏度性能影響如表1所示。由表1數據可以得知，加入痕量化學示蹤劑后，基液的溶解時間和液體黏度性能變化不明顯，兩種數據值分別為20 s和11 mPa·s，表明5種水相痕量化學示蹤劑對基液的基本性能沒有影響，可滿足現場的配液需要。

WCT對質量分數為0.1% SLW-1的基液減阻性能如表1所示。由表1數據可以看出，加入5種WCT后，基液的減阻性能數值保持79.3%不變，表明5種WCT的加入沒有影響0.1%S LW-1基液的減阻性能，配伍性能較好。

3.2? 耐溫耐剪切性能影響

WCT對質量分數為0.25% SLW-1的高質量分數液體（以下簡稱凍膠）的耐溫耐剪切性能影響如圖1所示。由圖1可以看出，在110 ℃條件下，剪切110 min，加入5種WCT后，凍膠的最終黏度同樣可保持在60 mPa·s以上，表明凍膠的耐溫耐剪切性能比較穩定，未受5種WCT加入的影響。

3.3? 破膠性能影響

WCT對質量分數為0.25% SLW-1凍膠的耐溫破膠性能影響如圖2 所示。

由圖 2 曲線可知，加入 0.02%過硫酸銨的凍膠（空白樣）在 110 ℃條件下，剪切 60 min 后，凍膠黏度降至50 mPa·s 以下;當加入WCT后，同樣加入 0.02%過硫酸銨破膠劑，在 110 ℃條件下，剪切 60 min 后黏度可降至50 mPa·s以下，表明質量分數為0.25% SLW-1凍膠的破膠性能，未明顯受到5種水相痕量化學示蹤劑加入的影響，凍膠的耐溫破膠過程正常且基本一致，凍膠的破膠時間可控。

3.4? 地層吸附性能

將含有5種WCT的去離子水與巖心顆粒混合攪拌后，分別在25 ℃及110 ℃條件下放置48 h，隨后檢測各WCT的相關質量分數，具體數據如表2所示。由表2數據可以看出，當在25 ℃條件下，5種WCT的吸附率均小于0.5%;當在110 ℃條件下，5種WCT的吸附率均小于0.5%，耐溫穩定性能較好。其中，僅有JPC-JC-02和JPC-JC-05兩種WCT的吸附率隨溫度升高而升高，其他3種WCT基本不受溫度變化的影響，均在可接受范圍之內。數據表明，5種WCT在25 ℃至110 ℃的條件下，檢測數值間的相互干擾較小，同時WCT被巖心顆粒的吸附值較低，吸附效果較差，WCT的耐溫穩定性較好且受溫度變化影響較小。

3.5? 破膠液檢測

WCT對質量分數為0.25% SLW-1凍膠的破膠液性能影響如表3所示。由表3數據可以得知，當質量分數為0.25%的SLW-1凍膠（空白樣）破膠后，其破膠液的黏度為1.3 mPa·s，表面張力為? ? ?22.36 mN·m-1。當加入5種WCT后，相同質量分數凍膠的破膠液黏度為1.2 mPa·s，表面張力為? ?22.34 mN·m-1，表明WCT的加入，未明顯影響質量分數為0.25% SLW-1凍膠破膠液的相關性能，且該質量分數的凍膠在相同條件下可徹底破膠。

質量分數為0.25% SLW-1凍膠的破膠液對WCT的吸附性測試如表4所示。由表4數據可以看出，將5種WCT同時混合于質量分數為0.25%的SLW-1凍膠中，在60 ℃水浴條件下進行破膠反應，靜置2 h后檢測各組分質量分數。經過數據處理換算，得出WCT各組分的吸附率均小于0.7%，表明0.25% SLW-1凍膠破膠液對WCT有一定的吸附作用，但吸附率較低，未明顯改變WCT的檢測精度和靈敏度，基本可以滿足取樣測試要求。

4? 結 論

1）5種水相痕量化學示蹤劑對質量分數為0.1% SLW-1基液性能沒有影響，基液的溶解時間、液體黏度各項數據分別為20 s、11 mPa·s 。

2）5種水相痕量化學示蹤劑對質量分數為0.1% SLW-1基液的減阻性能沒有影響，減阻速率保持在79.3%。

3）5種水相痕量化學示蹤劑對SLW-1的凍膠耐溫耐剪切性能基本沒有影響。在110 ℃條件下，剪切110 min，凍膠的黏度均可保持在60 mPa·s以上。

4）5種水相痕量化學示蹤劑對質量分數為0.25% SLW-1的凍膠耐溫破膠性能基本沒有影響。在110 ℃條件下，剪切60 min，凍膠的黏度可降至在50 mPa·s以下。

5）鄂爾多斯盆地H1儲層對5種水相痕量化學示蹤劑的吸附率較小，均小于0.6%。5種水相痕量化學示蹤劑的耐溫穩定性較好，受溫度變化影響較小。

6）WCT對質量分數為0.25% SLW-1凍膠的破膠液性能影響較小。其破膠液黏度為1.2 mPa·s，表面張力為22.34 mN·m-1。

7）質量分數為0.25% SLW-1凍膠的破膠液對痕量化學示蹤劑的吸附性能影響較小，60 ℃條件下靜置2 h后，測得吸附率均小于0.7%。

綜合分析，水相痕量化學示蹤劑檢測靈敏度較高，與SLW-1的低質量分數和高質量分數液體之間配伍性好，相互間的性能影響較小。這5種痕量化學示蹤劑可以作為SLW-1壓裂液體系的示蹤劑進行現場應用。

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